电池块的制作方法

1.本主题涉及电池模块。更具体地，公开了电池模块的电池块。


背景技术：

2.现有的电池技术研究涉及可再充电电池，比如密封的、缺乏电解液的铅/酸电池，它们通常在诸如车辆等不同应用中用作电源。然而，铅酸电池笨重、体积大、循环寿命短、日历寿命短、周转效率低，从而导致应用受到限制。
3.因此，为了克服与包括铅酸电池在内的传统储能装置相关联的问题，锂离子电池为高能量密度应用、提高的倍率性能和安全性提供理想的系统。此外，可再充电储能装置——锂离子电池表现出一种或多种有益特性，使其可用于动力装置。第一，出于安全原因，锂离子电池全部由固体部件构成，同时仍具有柔韧性和紧凑性。第二，包括锂离子电池的储能装置表现出与具有液体电解质的原电池类似的导电特性，即以低自放电率提供高功率和能量密度。第三，作为锂离子电池的储能装置易于以可靠且成本有效的方式制造。最后，包括锂离子电池的储能装置能够在低于环境温度下保持必要的最低导电率水平。
4.然而，为了增加能量容量的要求，许多此类储能装置需要串联电连接在一起。在诸如车辆等电池驱动系统的更高能量容量应用中，由于空间限制，串联电池必须紧凑地布置。
5.因此，需要机械地堆叠储能装置以将它们电连接以满足更高的能量需求。
附图说明
6.参考附图来描述具体实施方式。在所有附图中，使用相同的数字来表示相同的特征和部件。
7.图1示例性地示出电池块的实施例的立体图；
8.图2示例性地示出电池块中的电池模块的电池架的立体图；
9.图3a至图3b示例性地示出电池块的局部放大立体图；
10.图4a至图4b分别示例性地示出描绘连接构件的电池块的部分分解立体图和其中一个连接构件的连接键的放大立体图；
11.图5a至图5b分别示例性地示出电池块以及连接键和附接部件的组装的截面图；并且
12.图6示例性地示出描述图1示例性地示出的电池块的组装方法的流程图。
具体实施方式
13.在已知的储能装置的机械堆叠中，公开了沿储能装置的堆叠件的长度从第一储能装置延伸至最后一个储能装置的连杆。然而，这种连杆需要单个储能装置的外壳的突出部来通过并固定至第一储能装置和最后一个储能装置的端部。在这种实现方式中，由于连杆紧靠储能装置的外壳，因此短路电流很大概率流过储能装置的外壳与连杆之间。在更高的温度下，外壳可能膨胀并且外壳的突出部可能变形。连杆可能不再能够保持堆叠件完好无
损。如果连杆的端部的紧固件因突出部变形而弯曲并碰巧接触到储能装置的外壳，则可能会流过短路电流，对储能装置不利并危及储能装置的安全。
14.在对储能装置的堆叠件的输出要求较高的应用中，如果堆叠件的输出因短路而劣化，则对应用(诸如车辆)的性能是不利的。因此，为了安全操作储能装置的堆叠件，需要使储能装置彼此绝缘并防止连杆接触。此外，生产具有突出部的外壳将需要改变用于生产储能装置的外壳的现有工具，从而导致在生产这种外壳时产生额外的工具成本和制造成本。
15.如果连杆通过焊接附接至储能装置的外壳，则将储能装置的堆叠件固持在一起的压缩力可能不够，从而导致储能装置的封装不那么紧凑。当用于汽车应用时，由于振动和机械冲击，连杆与储能装置外壳的结合可能不牢固。此外，如果其中一个储能装置出现故障，则影响储能装置的可更换性并且需要丢弃整个堆叠件。
16.为了缓解堆叠件中的短路，如果绝缘板位于储能装置之间以及储能装置与连杆之间，则储能装置的堆叠件可能变得庞大，从而需要更多空间和更多压缩力。此外，在高压缩力下，在连杆连接至堆叠件端部的情况下，应力很可能集中在第一储能装置和最后一个储能装置的外壳的上边缘，从而导致储能装置的变形或泄漏。这对整个堆叠件可能是灾难性的，并且可能需要将其作为整体进行更换。
17.为了避免堆叠件的端部的应力，如果支撑结构位于堆叠件的端部并且连杆从一端的一个支撑结构延伸至另一端的另一支撑结构，则堆叠中的零件数量会增加，从而同样使它变得沉重且体积较大。此外，在这种堆叠件的制造、组装、安装和维修方面存在困难，并且每项活动都涉及增加的成本。
18.因此，需要一种克服以上公开的所有问题以及已知技术的其他问题的机械稳定、紧凑、热稳定、耐用、抗振且抗冲击的储能装置的堆叠件。
19.本主题公开了一种储能装置的堆叠件，即一种为了堆叠件的抗冲击、隔震和减振而组装的电池模块。电池模块的这种堆叠件可用于动力装置，诸如车辆，例如电动车、混动电动车、内燃机车，它们需要多个电池模块串联和并联以满足应用的要求。
20.在本公开的实施例中，公开了一种电池块。电池块包括两个或更多个电池模块。每个电池模块包括具有至少一个连接插座的至少一个电池架。此外，每个电池模块包括在电池架中串联和/或并联连接的多个电池。电池块还包括带有环圈的至少一个连接键，环圈与依序定位的电池模块的电池架中的连接插座成直线定位，以用于固持相邻的电池模块。此外，电池块包括至少两个附接部件，它们可拆卸地接合在连接键的环圈中，以用于在竖直方向和/或水平方向上堆叠电池模块。
21.在另一实施例中，公开了一种组装电池块的方法。该方法包括获得两个或更多个电池模块的步骤。每个电池模块包括具有至少一个连接插座的至少一个电池架和多个电池架中的串联和/或并联连接的电池。在下一步骤中，在水平方向和/或竖直方向上依序定位电池模块。接着，带有环圈的至少一个连接键与依序定位的电池模块的电池架中的连接插座成直线定位，以用于固持彼此相邻的电池模块。此外，连接键通过至少两个附接组件固定，附接部件可拆卸地接合在连接键的环圈中，以用于在水平方向和/或竖直方向上堆叠电池模块。
22.储能装置包括一个或多个储能单元，比如封装在外壳内的锂离子电池单元。储能装置可用于驱动电动车或混动电动车。对于更高的容量要求，比如驱动电动车，将需要多个
储能装置。这些多个储能装置串联电连接以输出更高的容量。在实施例中，这些储能装置可远离地位于车辆中的不同位置中。在另一实施例中，储能装置可共同定位。共同定位的储能装置彼此机械连接或堆叠，以在高容量要求的应用中实现储能装置的紧凑封装。
23.图1示例性地示出电池块100的实施例的立体图。如本文所述，“电池块”是指多个电池模块101、102、103和104在竖直方向和/或水平方向上的机械连接。即，电池块100可包括在同一水平上彼此上下和/或彼此邻近堆叠的单独的电池模块101、102、103和104。如示例性所示，电池模块101、102、103和104共同定位并堆叠以形成电池块100。电池模块101、102竖直堆叠，并且电池模块103、104竖直堆叠。电池模块101和103水平堆叠，并且电池模块102和104也水平堆叠。如示例性所示，电池模块101、102、103与104并联电连接。电池模块101、102、103和104的正极端子连接至电源连接器106的正极端子105。类似地，电池模块101、102、103和104的负极端子连接至电源连接器106的负极端子107。随后，电源连接器可连接至控制单元或被驱动实体，诸如电机。在实施例中，形成电池块100的电池模块101、102、103与104可串联连接。
24.电连接，即每个电池模块101、102、103和104的正极端子和负极端子，源自每个电池模块101、102、103和104的电池管理系统(bms)108。电池模块101、102、103和104中的每一者包括以特定顺序布置在一个或多个电池架110与111之间的多个电池，比如109。电池109以串联和/或并联配置电连接以形成电池阵列。这种电池阵列109电连接至电池模块，比如104内的bms 108。bms 108是上面集成有一个或多个集成电路的印刷电路板。电池模块比如104具有用于bms板108的安装装置。bms板108可旋拧地附接至电池模块104的电池架110和111。在实施例中，bms板包括监测和维持电池109的健康的散热器(未示出)。在实施例中，每个电池模块比如104可包括固持电池109的仅一个电池架，比如110。
25.电池模块中的每一者比如104的电池架比如110和111，具有用于机械连接电池模块101、102、103和104以形成电池块100的装置，比如如图2示例性所示的连接插座。在实施例中，两个电池模块比如101和102或101和103也可形成电池块。在另一实施例中，三个电池模块，诸如101、102和104，或102、104和103，或101、103和102，或101、103和104可形成电池块。在实施例中，电池块比如100可还包括外壳(未示出)。外壳可包围在水平方向或/和竖直方向上堆叠的电池模块101、102、103和104。
26.图2示例性地示出如图1示例性所示的电池块100中的电池模块比如104的电池架110的立体图。图1中示例性地示出的电池块100中的其他电池模块101、102和103也具有与如将在图2的详细描述中公开的类似的构造。如前所述，电池模块104包括电池架110和111以及可拆卸地附接至电池架110和111的bms板108。电池架110是底部电池架，并且电池架111是顶部电池架。电池架中的每一者比如110包括用于将电池109固持在每个占位器110中的占位器202。每个电池架110包括平面比如110a，该平面具有占位器202和位于平面110a侧面的凸起壁，诸如201a、201b、201c和201d。底部电池架110位于电池109的底部，而顶部电池架111位于电池109的顶部。使用多个紧固件将电池架110与111固定在一起，以将电池109紧紧固持在占位器202中。当电池架110与111固定在一起时，电池架比如110的凸起壁，诸如201a、201b、201c和201d彼此接触。为了将电池架110和111固定在一起，在电池架110和111中设置有用于定位紧固件的凹槽，比如201。
27.作为实施例，电池架110和111可以是矩形形状并将圆柱形电池109固持在占位器
202中。底部电池架110在图2中示例性地示出。顶部电池架的构造类似于图2中示例性地示出的底部电池架的构造。如示例性所示，电池架110具有两个第一凸起壁201a和201c以及两个第二凸起壁201b和201d。第一凸起壁201a和201c相比于第二凸起壁201b和201d长度更短。bms板108在电池架110的第二凸起壁比如201b中的一者处可旋拧地附接至电池架110。存在凹槽比如205和206，它们形成电池架110的连接插座。在电池架的预定位置处，连接插座在电池架上形成为凹槽、凹陷，或作为电池架的一部分被开凿。在连接插座处，形成用于容纳连接构件的孔，连接构件用于机械地连接电池模块101、102、103和104以形成电池块100。电池模块比如103的电池架110和111中的电池比如109通过电池模块101、102、103和104的电池架110和111的凸起壁201a、201b、201c和201d与其他电池模块诸如101、102和104的电池架110和111中的电池比如109电绝缘。
28.在实施例中，电池架110可在第二凸起壁201b和201d或第一凸起壁201a和201c中的任一者上仅具有一个连接插座，比如205。在另一实施例中，电池架110可包括形成在电池架110的凸起壁比如201d和201a中的多个连接插座205、206、207。第一凸起壁201c可具有类似的连接插座，比如207。另一第二凸起壁201b具有凹槽比如203和204，它们形成延伸至电池模块104的bms板108的电池109的电连接。此外，第二凸起壁201b还具有用于可旋拧地附接bms板108的凹槽(未示出)。
29.在又一实施例中，电池架110可在电池架110的每个凸起壁201a、201c和201d上包括一个连接插座，比如205。连接插座诸如205、206、207形成在第一凸起壁201a、201c和第二凸起壁201d中。此外，在实施例中，在构造上与205相同的连接插座可形成在电池架110的平面110a的后侧上。即，连接插座可形成在电池架110的占位器202的后侧上，如图3a示例性所示。连接插座比如205有利于具有此类电池架110的电池模块103与一个或多个其他电池模块104和101的机械连接，以形成如图1示例性所示的电池块，比如100。
30.在实施例中，连接插座诸如205、206、207位于电池架110的四个侧面上。即，连接插座205、206、207位于第一凸起壁201a、201c、第二凸起壁201d上和平面110a的背面(未示出)上。在平面110a的背面上，连接插座靠近电池架110的第一凸起壁201a和201c定位。在实施例中，在凸起壁201a、201c和201d的中心并且靠近平面110a的背面的第一凸起壁201a和201c可仅形成一个连接插座，比如205。在另一实施例中，连接插座比如205可靠近电池架110的顶点形成。在另一实施例中，每个凸起壁201a、201c和201d上的两个连接插座205和206可形成为围绕凸起壁201a、201c和201d的中心线对称。平面110a的背面上的连接插座(未示出)也形成为围绕第一凸起壁201a和201c的中心线对称。在实施例中，对于多于三个连接插座，电池架110的每个凸起壁201a、201c和201d上的三个连接插座等距定位。对称或等距定位的连接插座205和206提供对称性以在将多个电池模块102、103和104固持在一起时施加张力。电池架110的四个侧面上的连接插座诸如205、206、207允许电池模块104连接至电池架110的两侧上的其他电池模块，比如102和103。
31.为了在电池模块104旁边堆叠电池模块比如102，每个电池模块102和104中的每一者的顶部电池架110和底部电池架111包括靠近第一凸起壁诸如201a和201c的平面的背面上的连接插座，诸如205和206。为了将电池模块103堆叠在另一电池模块104上，电池模块104的顶部电池架比如111包括位于第二凸起壁比如201d和第一凸起壁201a和201c上的连接插座诸如205、206、207，并且另一电池模块103的底部电池架110包括位于第二凸起壁比
如201d和第一凸起壁201a和201c上的连接插座205、206、207，如图3a至图3b示例性所示。
32.图3a至图3b示例性地示出图1所示的电池块100的局部放大立体图。如图3a示例性所示，电池模块101位于电池模块102上方。电池模块103位于电池模块104上方。电池模块101与电池模块103并排定位。类似地，电池模块102与104并排定位。在电池架111的平面的后表面上的连接插座处使用连接构件比如301和302将电池模块101和103彼此固定。在电池模块101和102的电池架110和111的如图2示例性所示的第二凸起壁比如201d上的连接插座比如205和206处使用连接构件303将电池模块101和102彼此固定。类似地，在电池模块103和104的电池架110和111的第二凸起壁比如201d上的连接插座比如205和206处使用连接构件304将电池模块103和104彼此固定。电池模块102和104不彼此固定。连接插座诸如205、206、207的位置在图3a至图3b中用虚线框表示。
33.如示例性地示出，在电池架111的平面的背面上的连接插座比如205和206被定位成彼此靠近。连接插座比如205和206形成为围绕电池模块101、103的电池架111的第一凸起壁的中心线对称。电池模块101和103的电池架111中的连接插座比如205和206彼此成直线定位，以使连接插座比如205和206中的孔成直线或对准。在成直线的电池模块101和103的每对连接插座比如205和206中，连接构件301和302被定位并且电池模块101与103固定在一起。
34.此外，为了连接电池模块101与102，电池模块101的底部电池架110和电池模块102的顶部电池架111上的连接插座比如205和206被定位成彼此靠近。连接插座比如205、206形成为分别围绕电池模块101、102的电池架110、111的第二凸起壁的中心线对称。电池模块101和102的电池架110和111中的连接插座比如205和206彼此成直线定位，以使连接插座比如205和206中的孔成直线。在成直线的电池模块101和102的每对连接插座比如205和206中，连接构件303被定位并且电池模块101与102固定在一起。
35.类似地，为了连接电池模块103与104，电池模块103的底部电池架110和电池模块104的顶部电池架111上的连接插座比如205和206被定位成彼此靠近。电池模块103和104的电池架110和111中的连接插座比如205和206彼此成直线定位，以使连接插座比如205和206中的孔成直线。在成直线的电池模块103和104的每对连接插座比如205和206中，连接构件304被定位并且电池模块103与104固定在一起。
36.如图3b示例性所示，还使用电池模块103的底部电池架110以及电池模块104的顶部电池架111的如图2示例性所示的第一凸起壁201a上的连接插座207将电池模块103与104固定在一起。电池模块103的底部电池架110和电池模块104的顶部电池架111的连接插座207被定位成彼此靠近。连接插座比如207分别在电池模块103、104的电池架100、111的第一凸起壁中居中形成。电池模块103和104的电池架110和111中的连接插座比如207彼此成直线定位，以使连接插座比如207中的孔成直线或对准。在成直线的电池模块103和104的一对连接插座比如207中，连接构件305被定位并且电池模块103与104固定在一起。因此，使用电池架110和111的第二凸起壁上的连接构件304和电池架110和111的第一凸起壁上的连接构件305，将电池模块103和104固定在一起。
37.每个连接构件诸如301、302至305包括带有环圈的至少一个连接键和可拆卸地接合在连接键的环圈中的至少两个附接部件，以用于固定电池模块101、102、103和104以形成电池堆叠件100。如示例性所示，连接构件305包括一个连接键305a，连接键305a具有接合两
个附接部件305b和305c的两个环圈。连接键305a的环圈与分别位于电池模块103和104的每个电池架110和111中的连接插座比如207的孔成直线。
38.图4a至图4b分别示例性地示出描绘连接构件诸如301、302至308)的电池块100的部分分解立体图和其中一个连接构件比如305的连接键305a的放大立体图。如示例性所示，使用连接构件诸如301、302至308将电池模块101、102、103和104堆叠在一起以形成电池块100，如图3a至图3b的详细描述中所公开的。电池模块101、102、103和104的顶部电池架比如111和底部电池架比如110的连接插座诸如205、206、207中的连接构件301、302至308的定位以虚线示出。每个连接构件比如305包括带有环圈305g的连接键比如305a以及接合在环圈305g中的附接部件305b、305c。连接键305a将电池模块103和104互锁在电池模块103和104中的每一者的相应电池架比如110和111的连接插座207中。附接部件305b、305c将连接键305a固定在连接插座207处以将电池模块103和104固定在一起来形成电池块。
39.在一个实施例中，附接部件305b、305c是螺钉305f、弹簧垫圈305e与平垫圈305d的组装件，它们接合在连接键305a的环圈305g和电池模块103和104的电池架110和111的连接插座207的孔中。螺钉305f的螺纹部分进入连接插座207的孔中。平垫圈305d和弹簧垫圈305e有助于分配紧密接触连接键305a和电池架110和111的螺钉305f的负载。弹簧垫圈305e通过提供更好的锁定能力来防止连接插座207处的连接构件305由于振动和机械冲击而松动和移位。
40.在另一实施例中，附接部件可以是具有穿透连接插座207的孔的平头铆钉。附接部件可由具有较少腐蚀性并提供更好机械强度的不锈钢制成。
41.如图4b示例性所示，连接键305a包括与连接插座207的孔成直线的环圈305g。连接键305a是例如由金属制成的梯形插入物，其厚度与电池架110和111中的连接插座207的深度相同。在实施例中，连接键305a的形状可以是矩形、圆形等。在将连接键305a放置在连接插座207上时，连接键305a准确地配合至电池架110和111的连接插座207中。尺寸，即连接键305a的长度和宽度，等于两个电池架110和111的连接插座207的尺寸之和。
42.图5a至图5b示例性地示出电池块100的截面图以及连接键比如305a和附接部件305b、305c的组装。电池架110和111的连接插座诸如205、206、207具有与连接键比如305a的轮廓相匹配的设计。电池架110和111通常由聚合物或树脂材料制成并以形成具有孔的连接插座诸如205、206、207的方式模制。两个相邻电池模块比如103和104的两个电池架110和111的模制连接插座比如207容纳金属插入件，即连接键305a。使用附接部件305b、305c来将连接键305a固定在连接插座207中。连接键305a中的每个环圈305g与不同电池模块103和104的每个电池架110和111的连接插座207的孔成直线。具有平垫圈305d和弹簧垫圈305e的每个螺钉305f插入至连接键305a的环圈305g中，并拧紧以将连接键305a紧紧固持在两个电池模块103和104的连接插座207处。拧紧的连接键305a将电池模块103和104以及其他电池模块101和102固持在一起以形成电池块100。连接插座207、连接键305a和附接部件305b、305c确保电池模块101、102、103和104的对准程度以非常精确地形成电池块100。因此，电池块100具有在水平方向或竖直方向或两者上堆叠的电池模块101、102、103和104。
43.图6示例性地示出描述如图1示例性所示的电池块100的组装方法的流程图600。在步骤601处，获得两个或更多个电池模块，诸如101、102、103和104。每个电池模块包括具有至少一个连接插座比如207的至少一个电池架比如110和111，如图2的详细描述中公开的。
此外，电池模块诸如101、102、103和104包括以串联和并联中的至少一种方式连接的电池架比如110和111中的多个电池109。此外，在步骤602处，在水平方向或/和竖直方向上依序定位电池模块，诸如101、102、103和104。在步骤603处，带有环圈305g的至少一个连接键比如305a与依序定位的电池模块诸如101和103、102和104至103和104的电池架110和111中的连接插座比如207成直线定位，以用于固持相邻的电池模块101和103、102和10至103和104。在步骤604处，至少一个连接键比如305a与可拆卸地接合在至少一个连接键比如305a的环圈305g中的至少两个附接部件比如305b、305c附接，以用于在水平方向和/或竖直方向中的至少一种方向上堆叠电池模块诸如101、102、103和104，以形成电池块100。
44.为了水平堆叠电池模块101和103，至少一个连接键305a中的一者与第一电池模块比如101的顶部电池架111的平面的背面的至少一个连接插座比如207中的一者和第二电池模块103的顶部电池架111的平面的背面的至少一个连接插座比如207中的一者成直线定位，如图3a至图3b示例性地示出的。
45.为了竖直堆叠电池模块103和104，至少一个连接键305a与至少一个连接插座比如205和206成直线定位在第一电池模块103的底部电池架110的凸起壁201d中，并与至少一个连接插座比如205和206成直线定位在第二电池模块104的顶部电池架111的凸起壁201d中，如图3a至图3b示例性地示出的。
46.在此公开的电池块和电池块的组装方法在高容量要求的电池技术领域提供如下技术进步：这种电池模块的组装方法允许基于应用在水平方向和/或竖直方向上堆叠电池模块的灵活性。应用规定空间限制和容量要求。空间限制和更高的容量要求都可通过组装电池模块的这种灵活性来满足。电池架使电池模块电绝缘，从而降低电池块短路的可能性。避免在电池模块之间使用单独的绝缘体，从而使电池块更紧凑、体积更小且易于运输。这种堆叠的电池块在模块之间具有可吸收突然的冲击和冲击而不会松动的机械刚性连接。附接部件和连接键不会影响堆叠件中电池模块的电气连接。电池模块的堆叠件不需要外部部件，诸如使电池块体积庞大的支撑结构。本文公开的电池块的制造、组装、安装和维修简单、紧凑、耐用且具成本效益。电池块的组装是模块化的，这使得构成电池块的相应部件的维修和更换变得容易。如果电池模块出现故障，可单独更换电池模块。如果其中一个电池架出现故障，更换一个电池架就足够，而不需要丢弃电池块的整个电池模块。电池块的电池架设计相同，电池架可互换使用。连接键设计简单，并且连接键可互换使用。电池架和连接键的这种通用设计简化了电池块的组装过程。单个电池模块中的散热器可保持电池模块的温度，从而降低金属连接键膨胀的可能性。此外，金属连接键紧贴连接插座的所有侧面，并通过附接部件以足够的压力固持在适当的位置。此外，将附接部件附接至连接键和连接插座的方法在本领域中是已知的并且不需要在制造过程中进行工具改变。通过精确设计的连接插座、连接键和附接部件，可将电池块中的电池模块精确对准，从而增加电池块中电池模块的紧密以获得更紧凑的电池块。总体上，由此形成的电池块机械稳定、紧凑、热稳定、耐用、对振动不敏感且抗冲击，并可用于满足恶劣环境中的高容量要求。此外，这种电池块的组装方法是节约时间、节约成本的且不繁琐的过程。
47.在不偏离本公开的范围的情况下，可在此并入改进和修改。